Исследования текстильных материалов в работах ВИАМ 1937 г.

ВИАМ/2011-205954
Исследования текстильных материалов в работах
ВИАМ 1937 г.
А.Р. Нарский
А.М. Смолеговский
доктор химических наук
Декабрь 2011
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более, чем в 30-ти научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4-х филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной
техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках Международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат Государственных премий
СССР и РФ, академик РАН Е.Н. Каблов.
Статья подготовлена для опубликования в журнале «Все
материалы. Энциклопедический справочник», №4, 2012 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
Исследования текстильных материалов в работах ВИАМ 1937 г.
А.Р. Нарский1, А.М. Смолеговский2
1
2
ФГУП «ВИАМ», г. Москва
ИИЕТ им. С.И. Вавилова, г. Москва
Наиболее значимые научные исследования текстильных материалов,
проведенные в 1937 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом
авиационных
материалов
(ВИАМ),
были
направлены
на
изучение
возможностей применения новых видов льняных и хлопчатобумажных (ХБ)
авиационных тканей, а также на совершенствование методов их испытаний.
Помимо результатов названных работ в статье приводятся данные об
испытаниях
ХБ
тканей
Научно-испытательным
институтом
Военно-
воздушных сил Рабоче-крестьянской Красной Армии (НИИ ВВС РККА).
До 1937 г. в Советском Союзе для обтяжки всех типов самолетов и
снабжения ВВС применяли только один тип аэрополотна – на основе
льняной ткани А/16 (далее по тексту – АЛЛ). Его прочность на разрыв по
основе и утку составляла не менее 1200 кг/м, а разрывное удлинение – не
более 10%. Но практика показывала, что часто разрывная прочность
оказывалась значительно выше, что свидетельствовало о неоднородности
ткани, поступавшей на авиационные заводы.
Из сравнительного анализа свойств льняных тканей разных стран было
видно, что отечественная ткань АЛЛ проигрывала иностранным образцам по
прочности на разрыв (табл. 1) [1]. Более того, в некоторых странах для
обтяжки самолетов применялись ткани с различными прочностными и
весовыми характеристиками: ткани со средней прочностью на разрыв до
1600 кг/м предназначались для легкомоторных, спортивных и тренировочных
самолетов, а также для военных и гражданских со средними скоростями
полетов, а ткани с более высокой прочностью – для обтяжки скоростных
самолетов [2].
Таблица 1.
Свойства льняных тканей, применявшихся в различных странах
Страна
Германия
Франция
Америка
Англия
СССР
Прочность на разрыв
по основе и по утку,
кг/м
1600
2000
1400
2100
2800
1340
1200
1200
Масса 1 м2, г
Разрывная длина*,
км
160
210
154
210
300
153
136
170
10,0
9,5
9,1
10,0
9,4
8,8
8,8
7,0
* Отношение прочности ткани к ее массе.
Наряду с льняными тканями, за небольшой период времени в мировой
авиапромышленности получили распространение ХБ ткани (табл. 2); в
Италии существовало даже 4 ее типа различной прочности.
Поскольку ХБ ткани, в отличие от льняных, имели значительно большие
величины удлинений (12–16%), то для них требовалось применение
специальных, более эластичных лакокрасочных покрытий.
Таблица 2.
Свойства ХБ тканей, применявшихся в различных странах
Страна
Англия
Америка
Италия
Прочность на разрыв по
основе и по утку, кг/м
1425
1430
1300
1500
1750
2000
Масса 1 м2, г
Разрывная длина, км
153
153
140
150
185
215
9,3
9,4
9,3
10,0
9,5
9,3
В конце 1936 г. в результате совместных работ ВИАМ и предприятий
легкой
промышленности
в
нашей
стране
были
разработаны
и
стандартизированы дополнительно к АЛЛ еще 5 типов аэропланных тканей
(льняные – АЛК, АЛВК; ХБ – AM-100, AM-93, ACT-100) [2]. Их свойства в
соответствии со стандартами приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Свойства отечественных авиационных тканей
№ стандарта
Тип ткани
СМТУ-101
АЛЛ
АЛК
АЛВК
СМТУ-104
АМ-100
АМ-93
ACT-100
СМТУ-105
Прочность
Масса 1 м2, г
на разрыв*,
кг/м
Льняные
1200/1200
165
1500/1500
185
1800/1800
220
ХБ
1200/1100
127
1420/1320
153
1750/1700
195
Удлинение*,
%
Ширина, см
7,5/8
10/6,4
8,7/6,7
89
89
89
8,6/10,5
10,6/11,4
12,3/16,9
136
137
132
* В числителе значение по основе, в знаменателе – по утку.
Исследования льняных тканей для авиации
Перед текстильной лабораторией ВИАМ в 1937 г. была поставлена
задача, учитывая свойства лучших иностранных льняных тканей, изготовить
в производственных условиях льняную ткань со средним сопротивлением
разрыву порядка 3000 кг/м. Дополнительным заданием были разработка и
изготовление льняных аэропланных ниток для крепления новых типов тканей
на конструкциях самолетов.
К проектируемым высокопрочным тканям специалистами ВИАМ были
сформулированы технические требования: среднее сопротивление разрыву
по основе – 2900 кг/м, по утку – 3100 кг/м, масса 1 м2 ткани – примерно 300 г,
удлинения основы и утка – не более 10%, ширина – 1300–1800 мм. В
результате льнокомбинат «Заря социализма» (бывшая фабрика купца
Локалова в рабочем поселке Гаврилов Ям) изготовил несколько вариантов
ткани заданной прочности, которые затем лакировали стандартными
методами и испытывали в ВИАМ.
Разрывная длина двух вариантов полученных тканей (10,82–11,27 км)
превышала значения для АЛВК и АЛЛ, удлинение по основе составило 9,9%,
по утку – 8,2%, 1 м2 ткани весил 275 г. По удельным свойствам новые ткани
не уступали самой прочной в мире французской аэроткани (имевшей марку
«Т.Н.R.»), а по значениям удлинения даже превосходили ее. Пропитка лаком
1 покрытия и прирост прочности оказались вполне удовлетворительными,
достигаемое значение усадки превосходило в 1,5–2 раза усадку ткани АЛЛ. В
лакированном виде высокопрочные ткани обладали сопротивлением разрыву
свыше 3500 кг/м по основе и около 3650 кг/м по утку, масса квадратного
метра составляла 400 г.
На следующем этапе планировались испытания новых тканей на
скоростных самолетах, а затем, в случае положительного заключения,
окончательное уточнение технологии их изготовления и лакирования для
дальнейшей стандартизации.
Началу работ по созданию новых льняных ниток предшествовало изучение
иностранного опыта применения материалов для крепления полотна на
крыльях, фюзеляже и хвостовом оперении самолетов; также были учтены
результаты исследования швов крепления, проведенного одним из заводов
(установившего, что для АЛЛ необходима нитка с сопротивлением разрыву не
менее 21,5–22 кг/м). Было установлено, что для крепления тканей с прочностью
на разрыв до 1650, 2000, 3000 кг/м необходимо сопротивление разрыву нитки
соответственно не менее 22, 26, 30 кг/м, масса и диаметр ниток – по
возможности минимальные; а структура нитки должна была предотвратить ее
раскручивание и размочаливание при применении на заводах.
В соответствии с программой ВИАМ на фабрике имени Парижской
Коммуны был изготовлен ряд вариантов ниток: одинарного (типа «Маккей»),
двойного кручения (типа «Аркад»), а также плетеный шнур. Наиболее
пригодной из них оказалась структура типа «Маккей». В дальнейшем
требовалось испытать изготовленные типы ниток на авиазаводе, затем
составить и согласовать технические условия на них. Также в фабричных
условиях предстояло разработать технологический процесс вощения нитки [2].
Исследования ХБ тканей для авиации
Работа заключалась в изучении влияния различных элементов структуры
ХБ авиационных тканей на их свойства (сопротивление разрыву, удлинение,
масса, прирост сопротивления разрыву и привес от лакировки, усадка и
степень натяжения, сопротивление срезу, раздираемости и продавливанию
воздухом, степень гладкости поверхности и другие эксплуатационные
характеристики). Для этого на предприятиях Глуховского комбината
(г. Ногинск) изготовили несколько серий экспериментальных ХБ тканей,
которые различались: плотностью (только по утку и по утку и основе), видами
переплетений и крутки пряжи, шириной, а также обработкой пряжи (суровая,
мерсеризованная). В результате
удалось установить, что увеличение
плотности ткани приводило к возрастанию сопротивления разрыву, степени
натяжения, массы ткани и ее удлинения как по основе, так и по утку.
Наибольшие преимущества перед саржей и рогожкой (дававших менее
гладкую поверхность ткани, меньшую прочность в чистом виде и низкую и даже
отрицательную усадку) обеспечивало применение полотняного переплетения.
Исследования показали целесообразность изготовления тканей с высокой
плотностью, полотняным переплетением, применения пряжи с отлогой
круткой
(для
увеличения
прироста
прочности
от лакировки)
и
в
мерсеризованном виде (для повышения разрывной длины полотна и
достижения большей гладкости поверхности).
Результаты
работы
способствовали созданию высокопрочных
ХБ
авиатканей. Свойства тканей, предлагавшихся для замены стандартных
AM-100 и ACT-100, приведены в табл. 4 [3].
Таблица 4.
Свойства предложенных ХБ тканей для замены стандартных
Вместо
AM-100
Вместо
ACT-100
Характеристика
пряжи
ХБ крученая
мерсеризованная
«№ 108/2»
ХБ крученая
мерсеризованная
«№ 100/4»
(в АСТ-100 – ХБ
крученая
суровая
«№ 100/4»)
Число нитей
на 1 см*
34/34
Масса 1 м2, г
22,5/22,5
* В числителе значение по основе, в знаменателе – по утку.
Удлинение*,
%
135
Прочность на
разрыв*, кг/м
1400/1400
195
2000/2000
8/12
10/10
Разработка методов испытания тканей
Данное исследование было посвящено вопросам изучения деформации
полотняной обшивки самолета при его основных нагрузках и влияния
строения ткани на величину натяжения и усадку от лакирования.
Качество лакированной ткани во многом было обусловлено величиной ее
деформации (выгиба) при эксплуатации. Для определения этого свойства и
возникающих при этом напряжений были построены специальные графики
нормальных характеристик для лакированных тканей АЛЛ, ACT-100, АМ-93 и
АЛВК при различном предварительном натяжении (1,5 и 10%) «чистой» ткани.
При увеличении предварительного натяжения в двух направлениях
деформация лакированной ткани уменьшалась, удлинение ткани по основе и
утку становилось более равномерным. Но при уменьшении деформации
(стрелы выгиба) возрастало напряжение в обшивке и уменьшался запас ее
прочности, что требовало применения более прочных тканей. Для
сокращения деформации обшивки в полете при применении ХБ тканей
предварительное натяжение при обтяжке несущих плоскостей скоростных
самолетов, как удалось установить, должно было быть не менее 10% от
разрывной нагрузки.
Свойства лака первого покрытия прежде определялись величиной усадки
тканей по прибору ЦАГИ. Более современные приборы позволяли
определить степень натяжения полотна на крыле и на рамах по стреле
прогиба при определенной нагрузке. В экспериментах (с использованием
прибора
конструкции
Н.А.
Удалова
и
новых
приборов
ЦАГИ,
смонтированных на шарикоподшипниках) наилучшие характеристики усадки
и натяжения показали ткани АЛВК и АМ-93. Преимущество по названным
свойствам имели ХБ ткани полотняного переплетения и более плотные.
Установлено преимущество прибора Н.А. Удалова для определения
абсолютной
величины
натяжения
ткани
в
двух
направлениях
при
лакировании (в сравнении с прибором для определения усадки в одном
направлении); его рекомендовали для контроля и оценки свойств аэролаков.
Наряду с названными, для практического определения истинных величин
деформаций тканевой обшивки в полете непосредственно на крыле самолета
был также разработан прибор и изготовлен мастерскими ВИАМ.
Испытания ХБ тканей, разработанных ВИАМ, в НИИ ВВС РККА
Научно-испытательным институтом ВВС РККА была проведена работа
по изучению и испытанию новых видов самолетных тканей для выявления
возможности принятия их на снабжение. ВИАМ представил на испытания 2
типа новых тканей: АМ-85 (из мерсеризованной пряжи № 85/2) и ACT-100
(из немерсеризованной пряжи № 100/4). На одном из авиационных заводов
несколько самолетов типа «И-16» было обтянуто этими тканями для
проведения летных испытаний. Лакокрасочные покрытия для них были
специально разработаны и проверены в ВИАМ.
Ткань АМ-85 сразу после обтяжки самолета имела более слабое
натяжение по сравнению с ACT-100 и АЛЛ; при эксплуатации и испытании
ослабление натяжения еще более возросло.
Изучение влияния атмосферных воздействий на ткань ACT-100 при
длительных эксплуатационных испытаниях подтвердило ее соответствие
техническим требованиям ВВС. Повышенный процент удлинения ткани в
одном направлении (основа или уток) не вызывал ослабления обшивки.
Значения стрелы прогиба ткани ACT-100, лакированной 5-ю слоями лака
первого покрытия, были такими же, как и у стандартного льняного полотна.
Поведение ACT-100 и АЛЛ в условиях эксплуатации практически не
отличалось; АМ-85, вследствие больших деформаций и ослабления обтяжки,
давала сильное растрескивание лакокрасочных покрытий. Дополнительные
длительные испытания показали, что применение ACT-100 гарантировало
более продолжительный срок службы самолета.
По результатам работ, учитывая наличие хорошей сырьевой базы, ткань
ACT-100 рекомендовали для принятия на снабжение ВВС и дали указания на
запуск ее в серийное производство для всех учебно-тренировочных самолетов.
Была подтверждена необходимость продолжения в ВИАМ работ по
изысканию более совершенных лакокрасочных покрытий для ХБ тканей [1].
Выводы
В 1937 г. исследования текстильных материалов в ВИАМ были
направлены на поиски новых видов льняных и ХБ авиационных тканей с
улучшенными свойствами для их дальнейшей стандартизации и применения
в ВВС. Актуальность работ была обусловлена тем, что в ряде стран для
обтяжки самолетов применялись различные по свойствам ткани, тогда как в
нашей стране существовала только одна ткань – АЛЛ.
Программа
одного
из
исследований
предусматривала
разработку
высокопрочных льняных тканей с изысканием оптимальной структуры нитей
для их крепления. Другая работа позволила установить влияние плотности,
переплетения, ширины на показатели ряда свойств ХБ тканей. Показана
необходимость изготовления ХБ полотна с высокой плотностью, что
обеспечивало повышение прочности и разрывной длины лакированного
полотна, увеличение усадки и степени натяжения. Применение вместо
полотняного других видов переплетений оказалось нерациональным ввиду
меньшей разрывной длины и низкого натяжения.
Благодаря разработанному методу получения графиков нормальных
характеристик стало возможным определение предполагаемых величин
деформации и напряжения обшивки в полете, в зависимости от применяемой
ткани;
специалистами
ВИАМ
был
создан
прибор,
позволявший
регистрировать деформации полотняной обшивки непосредственно в полете.
Результаты работы позволили предложить промышленности новые виды
высококачественных аэротканей и создать предпосылки для дальнейшего
улучшения их свойств.
Список литературы:
1. Российский государственный военный архив. Фонд 29. Опись 76. Дело 989. Листы 1–
23 (1937 г.). Отчет по изучению и испытанию новых видов самолетных тканей и
специальных лакокрасочных покрытий для них, разработанных ВИАМом. Российский
государственный архив экономики. Фонд 8328, опись 1, дело 988, С. 29–33.
2. Шейдеман И.Ю. Разработка и исследование новых льняных аэропланных тканей / В
кн.: Краткие технические отчеты о научно-исследовательских работах ВИАМ за
1937 г.– Химические материалы.– М., 1938.
3. Бабкин Н.И. / Там же. С. 89–94.
4. Гаврилов А.М., Константинов А.С. / Там же. С. 95–114.